レイヤー2ブロックチェーンとは?

ピーク時にEthereum上でスマートコントラクトをデプロイすると、トランザクション手数料が急騰したり、トランザクションが何時間もメンプールに滞留したりする。ブロックチェーンは無限にスケールするネットワークではない。ブロックスペースは本質的に限られており、そのスペースへの需要が増えるほどUXは悪化する。これはアプリにとって致命的な問題になりうる。コードのデプロイに数百ドルかかるチェーンを使いたいビルダーがいるだろうか。ガス代だけで10ドルかかるなら、20ドル分のトークンをスワップしたいユーザーがいるだろうか。

レイヤー2ブロックチェーンはこの問題を解決する。

レイヤー2ブロックチェーンとは

レイヤー2ブロックチェーンは、EthereumやBitcoinのような基盤となるレイヤー1ブロックチェーンから計算とトランザクション実行をオフロードしつつ、そのL1チェーンをL2トランザクションの検証とセキュリティ確保に利用する。言い換えれば、L1はL2にとって一種の清算機関として機能し、すべてのL2トランザクションとユーザー残高の整合性を保証する。加えてL1チェーンはL2の状態を保存するため、L2はL1ネットワークの追加的なセキュリティ上の恩恵を受けられる。

L2ブロックチェーンの仕組みはスケールを念頭に設計されている。トランザクションはオフチェーンで実行され、より混雑したL1のブロックスペースへの負荷を軽減する。また、各トランザクションの結果を個別にL1へ送信する代わりに、L2はまず数百から数千のトランザクションをまとめてバンドルし、その集約データを1つのトランザクションとしてL1チェーンに投稿する。L1上の数学的証明が、L1チェーン内で各トランザクションを再実行することなく、それらのトランザクションの正当性を保証する。

結果として、L2はそのチェーンに決済することでL1のセキュリティの恩恵を受けつつ、計算とトランザクションのシーケンシングをオフチェーンに移すことで、コストの何分の一かで100倍優れたパフォーマンスを得る。

主要なL2設計

ロールアップ、ステートチャネル、サイドチェーンなど、L2ブロックチェーンの設計にはいくつかの種類があり、それぞれセキュリティ、コスト、速度の間で異なるトレードオフを行っている。これらの様々なL2実装の違いを詳しく見ていこう。

オプティミスティックロールアップ

ArbitrumやOptimismのようなオプティミスティックロールアップは、トランザクションをデフォルトで有効とみなす―無罪推定の考え方だ。トランザクションはまずL2上で実行され、その後Ethereumに投稿される。その後、トランザクションは7日間のチャレンジ期間に入り、その間バリデーターが不正なトランザクションに異議を申し立てられる。異議がなければ、トランザクションは確定する。

トレードオフは明確だ。トランザクションの正当性を証明する計算コストがかからないため、高速かつ安価だが、その安さには遅延が伴う―Ethereumへの出金が確定するまで1週間待つ必要がある。

ゼロ知識ロールアップ

ZkSync Era、Starknet、Polygon zkEVMのようなZKロールアップは、暗号学的証明を使ってトランザクションを即座に検証する。L2は有効性証明（SNARKまたはSTARK）を生成し、それをEthereumに投稿し、Ethereumは数学的にそれを検証する。チャレンジ期間は不要で、トランザクションはほぼ即座にファイナリティに達する。

この即時決済にはコストが伴う。有効性証明の生成には計算コストがかかるため、ユーザーはそのスピードのプレミアム分を余計に支払うことになる。ZKロールアップはより複雑な技術でもある。オプティミスティックロールアップはZK技術より先に市場に出ており、市場シェアも大幅に大きい。ただし、さらなる研究によってZK技術の実現性が高まれば、そのバランスは変わりうる。

ステートチャネル

ステートチャネルは、すべてのやり取りごとにブロックチェーンに触れることなくピアツーピアのトランザクションを可能にする―バーのツケを開いて、夜の終わりに最終的な差額を清算するようなものだ。LightningやRaidenのようなネットワークは、送金や支払いのユースケース向けにこれを実装している。

ステートチャネルにはグローバルステートという概念がないため（チャネルが閉じるまで、ユーザーは個々のチャネル内で起きている活動を見ることができない）、チェーンの状態と相互作用するスマートコントラクトのロジックを構築することができず、ステートチャネルで構築できるユースケースは限られる。

サイドチェーン

Polygon PoSのようなサイドチェーンは、Ethereum（あるいは他のL1）と並行して、独立したコンセンサスメカニズムとバリデーターネットワークを持って動作する。サイドチェーンの設計空間はかなり広いが、一般的にサイドチェーンはL1と何らかの関係を共有している―L1のマイナーがL2も同時にマイニングするマージマイニングを使う場合もあれば、L1とL2間で資産を移動できるネイティブブリッジを持つ場合、あるいはデータ可用性や決済のためにL1を利用する場合もある。

サイドチェーンの設計の幅広さゆえに、サイドチェーンはロールアップのような真の「L2」とはみなされないこともあるが、L1に紐づく絶対的なセキュリティが最優先ではないアプリにとっては、高速で柔軟な実装を提供できる。

L2設計のトレードオフは重要だ

すべてのL2は異なる妥協をしており、セキュリティ、ファイナリティに要する時間、コスト、開発体験にわたるその妥協は、ビルダーとユーザー双方の体験に大きな違いを生む。ビジネスに適したL2を選ぶ際には、自分のユースケースが成功するために何が必要かをよく検討すべきだ。

• セキュリティ: L2によって提供されるセキュリティ保証の種類は異なる。オプティミスティックロールアップはEthereumの完全なセキュリティを継承するが、不正証明（フラウドプルーフ）が必要となる。ZKロールアップは数学的な保証を提供するが、複雑な暗号技術に依存する。サイドチェーンは独立したセキュリティモデルを持つ。
• トランザクション手数料: ある程度、すべてのL2はL1上に構築するよりもコストを削減するが、その削減幅はかなりばらつきがある。ZKロールアップは証明生成コストが高いが、L1上でより良いデータ圧縮を実現できる。オプティミスティックロールアップは経済モデルがよりシンプルなためトランザクション手数料は低いが、L1上により多くのデータを保存する必要があり、別の面でコストが増加する。
• 確定速度: オプティミスティックロールアップは7日間のチャレンジウィンドウを必要とするが、ZKロールアップとステートチャネルはほぼ即座のファイナリティを提供できる。トランザクションのファイナリティがどれくらい速く必要か。7日間のチャレンジウィンドウの間にトランザクションが定期的にロールバックされることは、ユーザーにとってどれほど影響が大きいか。
• 開発体験: オプティミスティックロールアップは一般的により良いEVM互換性を提供する―既存のSolidityコードを最小限の変更でデプロイできることが多い。堅牢なSolidityツールとテンプレートコードを持つエコシステムにとって、その互換性は開発プロセスにおける多くの摩擦を減らしうる。それに対してZKロールアップは、まったく新しいプログラミング言語やツールの習得が必要になる場合がある。
• 分散性: 現在ほとんどのL2は中央集権的なシーケンサーを使用しているが、これは変わり始めており、L2によって集権化の度合いは異なる。上記の他のトレードオフと比較して、分散型ネットワーク上に構築することにどれだけの価値を置くか。

自分のユースケースとイデオロギー的な立場によって、どのL2ソリューションで構築するかが決まる。自社にどのようなロールアップが適しているかについてさらに疑問があれば、我々のロールアップチームがその判断をサポートできる。ロールアップチームへの連絡はこちらから。

L2チェーンの未来

L2の状況は急速に進化している。ほんの数年前まで、誰もL2について話していなかったし、L2上で構築するどころではなかった。今日、ロールアップは数億人のユーザーを抱え、数十億ドル規模の取引価値を扱っている。多くの企業が自社のユースケース向けに専用のL1を新たに構築するという選択をする中でも、L2が今後も存在し続けることは間違いない（L2は運用コストが低いため、企業は収益をより多く保持し、顧客に価値を届けることに集中できる。これは自社のL1をゼロから立ち上げるという難しい問題に取り組む場合には単純には実現できないことだ）。

そしてL2ブロックチェーンが市場シェアを拡大し続ける中、この分野ではL2をさらに前進させるエキサイティングなイノベーションが数多く起きている。

ZKの研究は、ZK設計の主流での実現可能性を押し進め続けている。ZKSync Era、Scroll、Polygon zkEVMのような組織はZKロールアップをEVM互換にし、これらのエコシステムにとっての主な採用障壁を取り除いた。それと並行して、新たなブレークスルーがZK証明を生成する計算コストを継続的に押し下げている。

オプティミスティック陣営では、チームがZK証明を自らのスタックに統合する取り組みを進めており、ニーズに応じてトランザクションを異なる証明システムにルーティングできる動的なソリューションを可能にしている。組織はまた、異なるL2チェーン間のより良い相互運用性の実現にも取り組んでおり、より深い流動性と統一されたエコシステムをもたらしている。

最後に、個々のアプリのみに特化し、特定のユースケース向けにカスタマイズされたチェーンであるL3やアプリチェーンの台頭も見られる。これらは、他のエンティティとチェーンスペースを共有していては不可能な最適化とより良いUXを実現する。

L2チェーンを始める

レイヤー2は間に合わせのスケーリングソリューションではない―あらゆる種類の設計にわたって、本番環境で稼働し、数百万件のトランザクションを支え、メインストリームでの採用を推し進めている。

良いニュースは、最も人気のあるL2オプションはEVM互換であり、Hardhat、Foundry、そしてもちろんAlchemyを含め、既存のEthereumツールがこれらの様々なL2環境で動作するということだ。

我々は主要なすべてのL2を、オンチェーンで何かを構築するためのインフラと開発ツール一式でサポートしている。無料のAPIキーを取得して、主要なL2ブロックチェーンへ最初のAPIコールを行い、最も急成長しているオンチェーン領域の1つで構築する感覚を探ってみよう。

よくある質問

レイヤー1とレイヤー2の違いは何か

レイヤー1とは、コンセンサス、セキュリティ、データ可用性を担い、完全に独立して動作する基盤ブロックチェーン（EthereumやBitcoinなど）を指す。レイヤー2は、L1の上に構築される二次的なネットワークで、コストを抑えるために計算とトランザクションのシーケンシングおよびバンドリングをL1チェーンの外で処理する。その後L2はそれらのトランザクションをL1に投稿し、ネットワークのセキュリティに関してL1チェーンに依存する。

レイヤー2はEthereumと同じくらい安全か

ほとんどのL2は、暗号学的証明または不正検出メカニズムを通じてEthereumのセキュリティを継承している。ソリューションによってセキュリティモデルは異なるが、適切に設計されたL2はベースチェーンと同等のセキュリティ保証を維持する。

レイヤー2のトランザクションはどれくらい安いか

L2上のトランザクションコストは、一般的にEthereumメインネットより10〜100倍安い。混雑が激しい時期には、その節約幅はさらに大きくなることもある。メインネットで50ドルかかるトランザクションが、L2では0.50ドル以下で済むこともある。

異なるレイヤー2間で資産を移動できるか

L2間の直接的な相互運用性はまだ改善途上だが、まずEthereumにブリッジして戻すか、サードパーティのブリッジを使ってあるチェーンから別のチェーンへ資産を移動することで、L2間で資産を移動できる。

レイヤー2開発のために新しいプログラミング言語を学ぶ必要があるか

ほとんどのL2はSolidityと標準的なEthereum開発ツールをサポートしている。StarkNetのような一部のソリューションはもともとCairoを必要としていたが、それらもSolidityサポートを追加しつつある。

レイヤー2がオフラインになったらどうなるか

ほとんどのL2には、L2の稼働が停止した場合でもユーザーがEthereumを通じて直接資金を引き出せる「エスケープハッチ」が備わっている。これは「強制出金」と呼ばれることもあり、この機能により、L2の状態に関わらず、ユーザーは自分のL2資産をL1に取り戻すことができる。